大型不銹鋼鑄件冶煉鑄造工藝研究

1、厚大斷面不銹鋼鑄件鑄造工藝研究 徐恩獻(xiàn) 岳宗格 賈冠飛 趙永讓（中信重工機(jī)械股份有限公司重型鑄鍛廠，河南洛陽(yáng) 471000）摘要：中信重工生產(chǎn)的750噸米操作機(jī)關(guān)鍵件，材質(zhì)為g-x4crni13-4qtii的厚大斷面不銹鋼鑄件，研究了厚大斷面不銹鋼鑄件的冶煉、鑄造、熱處理工藝，積累了不銹鋼冶煉、鑄造工藝設(shè)計(jì)和熱處理方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：厚大斷面不銹鋼鑄件；g-x4crni13-4qt；鑄造工藝中圖分類號(hào)：tg242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：astudy on foundry technology of thick section stainless steel castingabstract: this

2、 paper systematically introduces the melting, casting and heat treatment process of g-x4crni13-4qt stainless steel castings. these castings are all thick and large cross section, and used in 750tm operation machine of 18500t hydraulic machine in citic heavy industries. through these studies, we have

3、 accumulated a lot of valuable experience.key words: thick section stainless steel casting, g-x4crni13-4qt, foundry technology綜述馬氏體不銹鋼是cr含量在1218范圍內(nèi)的低碳或高碳鋼。發(fā)展至今，已有近100年的歷史。憑借其較高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，廣泛應(yīng)用于航天、航空、醫(yī)療、原子能和機(jī)械制造等領(lǐng)域。g-x4crni13-4材質(zhì)的不銹鋼與我國(guó)的zg06cr13ni4mo相近，在鑄造領(lǐng)域zg06cr13ni4mo是在傳統(tǒng)的zg10cr13和zg20cr13不銹鋼的基礎(chǔ)上降低

4、含碳量（c0.06%），提高含鎳量（ni4%6%），并加入適當(dāng)?shù)膍o，使組織為單一的低碳板條馬氏體鑄態(tài)組織，消除了鐵素體和殘余奧氏體，由于這種鋼有良好的綜合性能，強(qiáng)度和塑韌性配合恰當(dāng)時(shí)，具有優(yōu)良的鍛、鑄、焊和冷熱加工性能，以及服役性能：如抗腐蝕性能，耐氣蝕性能等，因而在水電、火電、核電、泵、閥、化工、高壓容器和軍事航天等方面獲得應(yīng)用。本文以本公司生產(chǎn)的、用在本公司18500油壓機(jī)的750噸米操作機(jī)上，材質(zhì)為g-x4crni13-4qtii的不銹鋼鑄件（共9件）為研究對(duì)象，由于該批不銹鋼鑄件的壁厚尺寸大，國(guó)內(nèi)沒有任何廠家生產(chǎn)過，生產(chǎn)工藝技術(shù)極具挑戰(zhàn)性。該批產(chǎn)品的成功試制在滿足了我公司18500油

5、壓機(jī)對(duì)不銹鋼鑄件的需求、有力保證其生產(chǎn)進(jìn)度的同時(shí)，也積累了許多關(guān)于不銹鋼冶煉、鑄造工藝設(shè)計(jì)和熱處理方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)；這些經(jīng)驗(yàn)為我公司進(jìn)軍核電、水電行業(yè)，打開不銹鋼訂貨市場(chǎng)奠定了基礎(chǔ)。1厚大斷面不銹鋼鑄件特性分析1.1鑄件的特性參數(shù)表1 2500kn/7500knm操作機(jī)（夾鉗裝置）不銹鋼鑄件名稱單件凈重（）輪廓尺寸（mm）鉗口112698200012801110鉗口215567200012801110夾鉗臂（左）32532420425472430延長(zhǎng)臂33534536920101255夾鉗臂（右）32532420425472430夾鉗體435514000300025001.2 技術(shù)難點(diǎn)1） 截面

6、大，最大截面尺寸為14981500mm，為國(guó)內(nèi)之最。2） 此批不銹鋼材質(zhì)屬低碳馬氏體不銹鋼，鋼水冶煉、成分控制難度很大，對(duì)150tlf/vd/vod爐冶煉來說具有很高的難度。3） 不銹鋼鋼水易氧化，易產(chǎn)生冷隔和皺皮等缺陷，冒口切割也十分困難。4） 不銹鋼澆注溫度高、收縮大，縮尺不易掌握，尺寸難以控制。5） 不銹鋼的導(dǎo)熱性差，極易粗晶；表面易粘砂，易產(chǎn)生縮孔、縮松、裂紋、氣孔等缺陷。6）馬氏體轉(zhuǎn)變溫度低，且轉(zhuǎn)變溫度參數(shù)難以掌握，性能熱處理均需進(jìn)行工藝研究及生產(chǎn)試驗(yàn)。7）鑄件需進(jìn)行超聲波和滲透探傷檢查，超聲按en12680-t1中v2級(jí)執(zhí)行，滲透探傷按en1371中s2級(jí)執(zhí)行，工藝保證難度極大。2

7、冶煉對(duì)鑄件化學(xué)成分的選擇，應(yīng)保證鑄態(tài)得到單一的馬氏體組織，盡量減少鐵素體和殘余奧氏體，根據(jù)不同截面尺寸，考慮偏析因素，控制ni/cr當(dāng)量比在0.360.44之間，最終組織為低碳板條馬氏體和逆變奧氏體。其成分見表2，表中數(shù)值除給出范圍者外，其余均為最大值。表2 g-x4crni13-4qt化學(xué)成分（w%）ccrnisimnmo0.0612.013.53.55.01.001.000.70ps殘余元素cuvw總量0.0350.0250.500.030.100.80冶煉工藝過程為：電弧爐初煉lf精煉爐調(diào)整合金成分倒包除渣vod吹煉vcd脫氣破空加渣料加脫氧劑加合金vd處理微調(diào)成分和溫度出鋼澆注。3 鑄

8、造工藝設(shè)計(jì)3.1冒口該批不銹鋼件內(nèi)部組織要求相當(dāng)嚴(yán)，在設(shè)計(jì)冒口尺寸時(shí)必須保證冒口直徑足夠大，冒口數(shù)量按冒口雙面補(bǔ)縮距離來確定。3.2澆注系統(tǒng)因該材質(zhì)含碳量很低，含鉻量較高，鋼水在冶煉和澆注時(shí)及易氧化，若澆口設(shè)計(jì)不當(dāng)，在澆注過程會(huì)有大量氣孔卷入型腔造成鑄件大面積氣孔而報(bào)廢。在澆注前兩小時(shí)將氬氣吹入型腔使型腔內(nèi)空氣徹底排出。內(nèi)澆口必須多而分散，盡量底返并保證在短時(shí)間內(nèi)鑄件澆注完畢。3.3計(jì)算機(jī)模擬針對(duì)上述難點(diǎn)進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，首先運(yùn)用solidworks三維軟件做出較為直觀的立體圖，根據(jù)立體圖形進(jìn)行分析研究，找出不容易補(bǔ)縮到的部位，確定是采用冒口還是放置冷鐵，確定工藝方案及各項(xiàng)工藝參數(shù)，包括冒口尺寸

9、與數(shù)量、冷鐵大小與位置、澆口的設(shè)置等。然后用凝固模擬軟件magma進(jìn)行充型過程模擬和凝固過程模擬，在充型過程模擬中，觀察充型是否平穩(wěn)，以便確定澆口的數(shù)量及位置是否合理，在后處理中運(yùn)用niyama和feeding兩種判據(jù)，通過調(diào)整兩種判據(jù)的參數(shù)設(shè)置，觀察凝固過程中最容易出現(xiàn)孤立液相區(qū)的部位，驗(yàn)證所選用的冒口及冷鐵是否能夠很好達(dá)到補(bǔ)縮的要求，最終確定完整的工藝方案。3.4造型、覆蓋材料 根據(jù)不銹鋼含碳量低的特點(diǎn)，在造型和覆蓋材料方面進(jìn)行了慎重的選擇：1）與鑄件接觸部位均采用鉻鐵礦水玻璃砂包石英水玻璃砂。2）型腔刷環(huán)保型鋯英粉醇基涂料2遍。3）使用低碳漂珠型保溫冒口套。 4）使用特制的低碳（固定碳3

10、%）發(fā)熱覆蓋劑和保溫覆蓋劑相結(jié)合。 總之，所用的造型和覆蓋材料均優(yōu)選了低碳、低發(fā)氣量、耐高溫的產(chǎn)品，這對(duì)避免氣體侵入鋼水、防止增加碳含量從而生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件起到了積極的作用。4 熱處理由于此批不銹鋼鑄件的截面大，而不銹鋼的導(dǎo)熱性能較差，極易產(chǎn)生粗晶。為此制定了專用熱處理工藝，具體熱處理工藝如下：鑄件落砂后，先進(jìn)行一次高9801050溫退火熱處理，細(xì)化鑄態(tài)組織；高溫退火后進(jìn)行580630軟化退火并熱割冒口；熱割冒口后立即進(jìn)爐執(zhí)行540580回火處理；回火處理完后進(jìn)行9801050正火，進(jìn)一步細(xì)化組織；正火后進(jìn)行540580回火，消除正火應(yīng)力；回火爐冷至250時(shí)出爐在熱狀態(tài)避風(fēng)條件下進(jìn)行動(dòng)火精整操作，

11、此時(shí)鑄件溫度須保持在150250溫度區(qū)間；動(dòng)火精整操作后再進(jìn)行一次580630去應(yīng)力退火，去應(yīng)力退火后不得再動(dòng)火操作。最終，獲得滿足設(shè)計(jì)要求的毛坯。圖1至圖4是其主要熱處理情況。 圖1 軟化退火 圖2 熱割冒口 圖3 正火 圖4 回火為觀察其初步熱處理后的組織，對(duì)zg06cr13ni4mo不銹鋼夾鉗臂的試棒做了金相觀察，如圖5、圖6所示。 圖5金相照片 200 圖6 金相照片 500圖中的金相組織明顯為板條馬氏體，說明：1） g-x4crni13-4qt有淬透性很好的特性；2） 生產(chǎn)之前的認(rèn)真策劃達(dá)到了預(yù)期的效果。目前，該批厚大斷面不銹鋼鑄件已全部用于我公司18500噸油壓機(jī)配套的2500kn/7500knm操作機(jī)上，運(yùn)行情況良好。5結(jié)論1）在冶煉時(shí)，通過初煉爐脫磷，然后經(jīng)過精煉爐進(jìn)行脫硫、合金成分調(diào)整，倒包卡渣，最后